一种光照制备氧化石墨烯的方法及产品技术

本公开涉及一种在电解系统中生产氧化石墨烯(或卤化石墨烯)材料的方法，该方法中，电解系统包括：工作电极，工作电极含有石墨和/或无定型碳；对电极，对电极为导电体；和电解液，电解液为含有羧基(或卤素离子)的导电溶液；其中，该方法包括以下步骤：在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电解的作用下被剥离，产生氧化石墨烯材料；其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。

A method and product of preparing graphene oxide by light

【技术实现步骤摘要】
一种光照制备氧化石墨烯的方法及产品
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种光照制备氧化石墨烯的方法及产品。
技术介绍
氧化石墨烯是指在石墨烯的表面和/或边界连接有含氧官能团的二维碳材料。相关技术采用Hummers方法制备氧化石墨烯，该方法将石墨粉与浓硫酸、高锰酸钾和硝酸钠混合液进行数天的反应来获得的。相关技术还采用电化学法制备氧化石墨烯，该方法以利用石墨的导电性质，通过用石墨作为工作电极，在电流的作用下，使电解液中的分子和/或离子对石墨进行插层和氧化，并将石墨层从石墨上剥离，最终获得氧化石墨烯。相关技术中，用于剥离石墨的电化学系统可包含石墨工作电极、对电极、电解液和电源等。工作电极可采用高定向热解石墨、石墨棒、石墨箔或石墨片等。对电极可采用铂丝、铂片、石墨棒以及石墨片等。电化学制备石墨烯的电解液可以是离子液体、有机电解液或无机电解液。工作电极在电解系统中可以作为阳极，也可以作为阴极。
技术实现思路
专利技术人出人意料地发现，在使用电化学方法制备氧化石墨烯时，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照，相较于无光照的条件，能够获得氧化程度更高的氧化石墨烯。在一些方面，提供一种在电解系统中生产氧化石墨烯材料的方法，其中，电解系统包括：工作电极，工作电极含有石墨和/或无定型碳；对电极，对电极为导电体；和电解液，电解液为含有羧基的导电溶液；其中，方法包括以下步骤：在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电解的作用下被剥离，产生氧化石墨烯材料；其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。在一些方面，提供一种在电解系统中生产卤化石墨烯材料的方法，其中，电解系统包括：工作电极，工作电极含有石墨和/或无定型碳；对电极，对电极为导电体；和电解液，电解液为含有卤素离子和/或含卤配合物离子的导电溶液；其中，方法包括以下步骤：在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电解的作用下被剥离，产生卤化石墨烯；其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。在一些实施方案中，卤化石墨烯是指被卤素离子和/或含卤配合物离子修饰的石墨烯。在一些实施方案中，卤素离子选自氟离子、氯离子、溴离子和碘离子中的一种或多种。在一些实施方案中，含卤配合物离子是指含有卤素的配合物离子，所述卤素选自氟、氯、溴或碘。可选地，含卤配合物离子氯铝酸离子、氯铂酸离子或氯金酸离子，例如是AlCl4-。在一些实施方案中，含有卤素离子的电解液可以是含有含卤配合物离子的电解液。在一些实施方案中，光照达到如下的强度：光照能够使与电解液等体积的显色溶液的在650nm的吸光度值在30分钟内降低10％以上(例如15％以上，例如20％以上)，显色溶液为含有亚甲基蓝和草酸的水溶液，亚甲基蓝的浓度为10-6M，草酸的浓度为0.1M。在一些实施方案中，显色溶液是新鲜配置的。在一些实施方案中，光照达到如下的强度：光照能够使与电解液等体积的显色溶液的在650nm的吸光度值在1小时内降低20％以上(例如30％以上，例如40％以上)，显色溶液为含有亚甲基蓝和草酸的水溶液，亚甲基蓝的浓度为10-6M，草酸的浓度为0.1M。在一些实施方案中，光照使用的光包括波长为anm的光，a＝10～2000，例如a＝10-400，例如a＝10～100、100～200、200～400、400～600、600～800、800～1000、1000～1200、1200～1400、1400～1600、1600～1800或1800～2000。在一些实施方案中，光照使用的光的光功率密度大于或等于100mW/cm2，例如大于或等于200mW/cm2，例如大于或等于300mW/cm2，例如大于或等于400mW/cm2，例如为100～500mW/cm2。在一些实施方案中，工作电极处的光功率密度大于或等于100mW/cm2，例如大于或等于200mW/cm2，例如大于或等于300mW/cm2，例如大于或等于400mW/cm2，例如为100～500mW/cm2。在一些实施方案中，每升电解液施加光照的功率为10～100W，例如10～20W、20～30W、30～50W、50～70W或70～90W。在一些实施方案中，光照的时间为30分钟以上，例如1小时以上，例如3小时以上，例如5小时以上。在一些实施方案中，光照使用的光源是氙气灯或紫外灯。在一些实施方案中，电压的值为2-1000V，例如10-220V，例如2～5V，5～10V，10～15V，15～20V，20～25V，25～30V。在一些实施方案中，施加电压的时间的总和为5分钟以上，例如30分钟以上，例如1小时以上，例如3小时以上，例如5小时以上。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯或在电解系统中生产卤化石墨烯材料的方法包括以下步骤：在工作电极与对电极之间先施加-0.5V到10V的方波电压10-60min，再施加10-1000V的常电压5min以上。施加-0.5V到10V的方波电压，促进石墨和/无定形碳的活化和膨胀。在一些实施方案中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对工作电极和/或电解液进行光照；在一些实施方案中，在施加电压的过程中，对工作电极和电解液进行光照。例如光源的光照射电解液，并透过电解液照射工作电极。电解液优选是透明的，例如透光度为50％以上，例如80％以上。在一些实施方案中，石墨选自高定向热解石墨(highlyorientatedpyrolyticgraphite，HOPG)、石墨箔，石墨棒、石墨鳞片中的一种或多种。在一些实施方案中，无定形碳选自木炭、煤炭、焦炭、炭黑中的一种或多种。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液含有以下一种或多种物质：羧酸和羧酸盐。在一些实施方案中，所述羧酸选自甲酸、草酸、丙三酸和丁四酸中的一种或多种。在一些实施方案中，所述羧酸盐选自甲酸盐、草酸盐、丙三酸盐和丁四酸盐中的一种或多种。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液含有以下一种或多种物质：草酸和草酸盐。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液中羧基的浓度为0.001-10mol/L，例如0.001～0.1mol/L，例如0.1～1mol/L，例如1～10mol/L。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液的pH值为0-12，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液含有Na+。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液含有SO42-。在一些实施方案中，在电解系统中生产氧化石墨烯的方法中，电解液含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在电解系统中生产氧化石墨烯材料的方法，/n其中，所述电解系统包括：/n工作电极，所述工作电极含有石墨和/或无定型碳；/n对电极，所述对电极为导电体；和/n电解液，所述电解液为含有羧基的导电溶液；/n其中，所述方法包括以下步骤：/n在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电/n解的作用下被剥离，产生氧化石墨烯材料；/n其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。/n

【技术特征摘要】
1.一种在电解系统中生产氧化石墨烯材料的方法，
其中，所述电解系统包括：
工作电极，所述工作电极含有石墨和/或无定型碳；
对电极，所述对电极为导电体；和
电解液，所述电解液为含有羧基的导电溶液；
其中，所述方法包括以下步骤：
在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电
解的作用下被剥离，产生氧化石墨烯材料；
其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。


2.一种在电解系统中生产卤化石墨烯材料的方法，
其中，所述电解系统包括：
工作电极，所述工作电极含有石墨和/或无定型碳；
对电极，所述对电极为导电体；和
电解液，所述电解液为含有卤素离子和/或含卤配合物离子的导电溶液；
其中，所述方法包括以下步骤：
在工作电极和对电极之间施加电压，石墨和/或无定型碳在电解的作用下被剥离，产生卤化石墨烯；
其中，在施加电压前和/或施加电压的过程中，对电解系统施加光照。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光照达到如下的强度：所述光照能够使与电解液等体积的显色溶液的在650nm的吸光度值在30分钟内降低10％以上(例如20％以上)，所述显色溶液为含有亚甲基蓝和草酸的水溶液，亚甲基蓝的浓度为10-6M，草酸的浓度为0.1M。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
-所述光照使用的光包括波长为anm的光，a＝10～2000，例如a＝10-400；
-所述光照使用的光的光功率密度大于或等于100mW/cm2；
-每升电解液施加光照的功率为10～100W；
-所述光照的时间为30分钟以上；
-所述光照使用的光源是氙气灯或紫外灯；
-在施加电压前和/或施加电压的过程中，对工作电极和/或电解液进行光照；
-在施加电压的过程中，对工作电极和电解液进行光照。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下一项或多项；
-所述电压的值为2-1000V，例如10-220V；
-施加电压的时间的总和为5min以上。


6.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：
在工作电极与对电极之间先施加-0.5V到10V的方波电压10-60min，再施加10-1000V的常电压5min以上。


7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
-所述石墨选自高定向热解石墨(highlyorientatedpyrolyticgraphite，HOPG)、石墨箔，石墨棒、石墨鳞片中的一种或多种；
-所述无定形碳选自木炭、煤炭、焦炭、炭黑中的一种或多种。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
-所述电解液含有以下一种或多种物质：羧酸和羧酸盐；
-所述电解液含有以下一种或多种物质：草酸和草酸盐；
-所述电解液还含有羟基；
-所述电解液中羧基的浓度为0.001-10mol/L；
-所述电解液的pH值为0-12。


9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下一项或多项
所述电解液含有Na+；
所述电解液含有SO42-；
所述电解液含有Na2SO4；
所述电解液中SO42-的浓度为0.001-10mol/L。


10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于以下一项或多项
-所述电解液含有NaX，X为F、Cl、Br或I；
-所述电解液中卤素离子和/或含卤配合物离子的浓度为0.001-10mol/L。


11.一种氧化石墨烯材料，由权利要求1～9任一项所述的方法制备获得。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杜宏，詹东平，张彬彬，田中群，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35